Особенности восстановления деталей из алюминиевых сплавов сваркой
Блоки и головки цилиндров многих автомобилей отливают из алюминиевых кремнистых сплавов.
Термическая обработка таких деталей из силумина заключается в закалке при +535 оC с выдержкой в течение 2-5 часов в зависимости от массивности и старения при t=175 оC с выдержкой в течение 12 часов.
Сварка алюминиевых деталей затруднена по ряду причин. Резкая окисляемость алюминия приводит к образованию на его поверхности тугоплавкой пленки окисла AlO3 имеющей температуру плавления 2050 оC.
Плотная оксидная пленка на поверхности основного наплавляемого металла препятствует сплавлению и загрязняет шов окислами.
Высокий коэффициент химического расширения и большая усадка при остывании способствует образованию трещин по шву или околошовной зоне. А большая растворимость в расплавленном металле водорода способствует образованию пористости.
Трудность определения начала плавления алюминия, не изменяющего своего цвета при нагревании, и большая жидкотекучесть в расплавленном состоянии затрудняет сварку.
Сварку таких деталей осуществляют различными способами.
Для блоков и головок цилиндров в качестве основного способа рекомендуют электродуговую сварку электродами на постоянном токе при обратной полярности.
Другим способом является сварка наплавляющимся вольфрамовым электродом в среде аргона на установках для ручной аргоно-дуговой сварки алюминия и его сплавов.
Ацетилено-кислородная сварка нейтральным пламенем алюминиевых деталей ведется под слоем флюса, присадочным материалом, того же состава, что и основной металл.
Мощность пламени горелки выбирают из расчета 100-120 л/час на 1 мм толщины металла.
При всех способах сварки, детали из силумина подогревают до 200-250 оC, что позволяет избегать коробление деталей и образование трещин.
После сварки детали подвергают низкотемпературному отжигу при 300-350 ___ с целью снятия внутренних напряжений и улучшению структуры наплавленного металла.
Защита расплавленного металла от вредного действия кислорода и азота при определенном виде сварки осуществляется струей углекислого газа, которая при выходе из сопла газовой горелки оттесняет от зоны сварки воздух. В зависимости от применяемого электрода различают сварку плавящимися и неплавящимися электродами.
Углекислый газ получается из жидкой углекислоты при нормальных условиях температуры t=0 давление 760 мм рт. ст. При испарении 1 кг углекислоты образуется 509 литров углекислого газа.
Влияние углекислого газа на качество сварного шва двойное:
С одной стороны газ защищает расплавленный металл от кислорода и азота воздуха, с другой разлагается при высокой температуры дуги на окись кислорода и углерода и проявляет окислительные процессы.
Устранение этого осуществляется расплавлением металла шва или удалением окислов из сварочной ванны.
Для раскисления применяют сварочную проволоку с повышенным содержанием марганца и кремния. Содержание кремния не менее 0,6 %, марганца - не менее 0,9%.
Марганец и кремний имея большее родство к кислороду , чем железо отнимает кислород от закиси железа FeO и сам подвергается окислению.
Окислы кремния и марганца не растворяются в жидком металле и вступают во взаимодействие друг с другом, образуют легкоплавкое соединение, которое всплывает на поверхности в виде шлака, удаляемого из шва.
Кроме того кремний и марганец восполняют убыль легирующих элементов вследствие их выгорания.
Сварка в среде углекислого газа производится на постоянном токе при обратной полярности.
Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа особенно выгодна для механизации сварочных работ при ремонте кузовов авто.
Наплавкой в среде углекислого газа можно восстанавливать детали с небольшими диаметральными размерами с нанесением слоя металла толщиной 0,8-1 мм.
Наплавка производится как наложение валиков по винтовой линии для цилиндров, так и продольными валиками при восстановлении плоскостей и цилиндров.
Для уменьшения толщины наплавленного металла и припусков на механическую обработку, а также теплового воздействия дуги, необходимо применять проволоку минимального диаметра.
Вследствие небольших износов обычно применяются однослойные наплавки на режимах. Ориентировочно режимы можно принять след:
- диаметр детали 20-40 мм. 70-90 мм
- диаметр проволоки 0,8 -1 мм. 1,4 – 1,6 мм.
- сила тока 90 -140 А 175-195 А
- скорость наплавки 30-60 м/ч 60-80 м/ч
- напряжение 18-19 В. 20-22 В
Кроме наплавки в среде углекислого газа восстановление деталей можно вести и в других защитных средах: аргоне, смеси аргона с углекислым газом и среде водяного пара.
Механические свойства наплавленного металла в среде аргона Ar и смеси СО2особенно усталостная прочность и ударная вязкость значительно превосходят эти свойства наплавки в среде СО2.